不同压缩比下活塞顶部形状对汽油机燃烧特性的影响研究

发布时间：2017-10-26 09:11

  本文关键词：不同压缩比下活塞顶部形状对汽油机燃烧特性的影响研究

  更多相关文章： 数值模拟 活塞形状 高压缩比 燃烧控制 点火过程

【摘要】：汽油机作为乘用车的主要动力来源,其点火情况与燃烧方式是影响燃烧品质和发动机综合性能的关键因素。作为燃烧室中的高速移动部分,活塞承载了发动机运转过程中的边界条件和初始条件,其顶部形状对缸内工质流动及燃烧过程均有重要影响。本文以提高发动机综合性能为目标,应用内燃机专业仿真软件AVL FIRE研究了不同压缩比下活塞顶部形状对缸内流场及燃烧过程的影响规律。本文系统论述了数值模型构建过程和数值计算方法,介绍了气体流动守恒方程及缸内气体的湍流模型和燃烧模型。以扫描得到的本田WH125-6发动机的进气道、排气道及燃烧室的点云为基础,应用CATIA软件进行逆向曲面建模,并应用网格前处理软件Hypermesh生成了面网格模型。通过BOOST一维性能仿真得出三维数值模拟采用的边界条件和计算初始条件,利用AVL FIRE软件对发动机4000r/min最大扭矩工况进行了缸内循环数值模拟。通过将模拟结果与台架试验结果进行对比分析,校正了模拟模型,验证了模型的准确性及参数设置的合理性。本文构建了压缩比分别为10、11和12的发动机缸内模型,并利用FIRE软件对每种燃烧室模型开展了数值模拟,详细分析了几种燃烧室进气过程中的流场状况和气体在缸内的燃烧过程。通过对比不同方案的性能优劣得出,合理设计活塞顶部形状来提高发动机压缩比有利于发动机整体性能的提升,在本文的方案中,带有渠化结构的压缩比为12的燃烧室方案性能最优。上述研究结果表明,合理设计活塞顶部形状不仅能有效提高发动机压缩比,同时对缸内流场组织和气体燃烧过程也有重要影响。
【关键词】：数值模拟 活塞形状 高压缩比 燃烧控制 点火过程
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.171
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 燃烧室形状研究现状11-13
• 1.3 高压缩比发动机研究现状13-14
• 1.4 内燃机CFD发展现状14-15
• 1.5 课题来源及主要研究内容15-16
• 1.5.1 课题来源15
• 1.5.2 本文主要研究内容15-16
• 第2章 内燃机数值模拟基础16-24
• 2.1 流体动力学控制方程16-18
• 2.1.1 质量守恒方程16
• 2.1.2 动量守恒方程16-17
• 2.1.3 能量守恒方程17
• 2.1.4 组分质量守恒方程17-18
• 2.2 活塞运动原理方程18-19
• 2.3 湍流模型19-20
• 2.4 燃烧模型20-22
• 2.5 数值计算方法22-23
• 2.5.1 有限容积法22-23
• 2.5.2 任意拉格朗日欧拉法23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 模型建立及网格划分24-34
• 3.1 计算对象24
• 3.2 建立几何模型24-26
• 3.3 网格划分26-31
• 3.3.1 生成面网格和线网格27-29
• 3.3.2 划分体网格29
• 3.3.3 生成动网格29-31
• 3.4 求解器定义31-33
• 3.4.1 设置边界条件和初始条件31-33
• 3.4.2 计算步长和迭代次数的选择33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 原机性能分析及验证34-50
• 4.1 定义流场观测截面34-35
• 4.2 气体流场分析35-39
• 4.2.1 进气过程流场分析35-37
• 4.2.2 压缩过程流场分析37-39
• 4.3 缸内压力场分析39-42
• 4.4 燃烧性能分析42-45
• 4.5 湍动能分析45-46
• 4.6 台架试验及验证46-49
• 4.6.1 试验对象及原理46-47
• 4.6.2 主要试验仪器47-48
• 4.6.3 试验结果及对比48-49
• 4.7 本章小结49-50
• 第5章 异形燃烧室性能研究50-66
• 5.1 活塞顶部设计及计算参数50-52
• 5.1.1 活塞顶部设计方案50-51
• 5.1.2 初始计算参数51-52
• 5.2 不同方案的模拟结果分析52-61
• 5.2.1 流场状况对比分析52-57
• 5.2.2 燃烧过程对比57-61
• 5.3 性能参数研究61-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果72-73
• 致谢73

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本文编号：1097982